SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente.

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1 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 1 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA 1 Autori:Kim Nagel Isa Zanetti Fonti:Corso Post diploma E.00 Energy Management Corso E.27 Progettazione di impianti fotovoltaici autonomi e collegati alla rete. Basi di meteorologia – Domenico Chianese Corso Post diploma E.00 Energy Management Corso E.01 Basi di meteorologia Basi di meteo – Marco Gaia Campus Virtuale Nozioni di base sulla meteorologia e sullirraggiamento solare

2 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 1 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA 2 Clima Parametri del clima Geometria solare Radiazione solare Aspetti geo-morfologici del Ticino Approfondimenti Indice

3 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 1 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA 3 Il clima può essere definito come unintegrazione nel tempo di condizioni meteorologiche (temperatura, umidità, pressione, venti) medie, ottenute da rilevazioni omogenee dei dati per lunghi periodi di tempo, che caratterizzano una determinata regione geografica. Determinando la flora e la fauna, il clima influenza anche le attività economiche, le abitudini e la cultura delle popolazioni che vi abitano. Le interazioni tra il clima e la pianificazione e le caratteristiche del territorio sono molto importanti, soprattutto per quanto riguarda le aree urbane. Clima

4 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 1 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA 4

5 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 1 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA 5 Lo studio della situazione climatica esterna è loggetto principale della scienza climatologica. La terra con la sua atmosfera può essere considerata un sistema chiuso. Il solo significativo ingresso energetico è lirraggiamento solare, che è bilanciato da un equivalente quantità di energia in uscita, sotto forma di irraggiamento a bassa temperatura. Lemissione è piuttosto uniforme sullintera superficie terrestre, ma limmissione è particolarmente concentrata nelle zone equatoriali, per poi diffondersi verso i poli. Questo fenomeno è dovuto ai movimenti di masse daria dellatmosfera e dalle correnti oceaniche. La meteorologia è lo studio di questi moti dellatmosfera e dei diversi fenomeni associati. Climatologia e meteorologia

6 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 1 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA 6 Gli elementi climatici sono dei fenomeni fisici misurabili: temperatura; umidità; pressione; intensità e la durata delle radiazioni solari precipitazioni; nuvolosità; vento (velocità, direzione, raffiche). Parametri del clima

7 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 1 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA 7 FATTORI CLIMATICI I fattori climatici sono le condizioni che producono variazioni sugli elementi climatici. Si possono distinguere tra fattori zonali, che agiscono regolarmente dall'equatore ai poli, e fattori geografici, che agiscono in modo diverso per ogni località. Sono fattori zonali: latitudine (distanza dall'equatore); circolazione generale atmosferica, che influisce attraverso gli scambi di calore tra le regioni calde e le regioni più fredde. effetto serra Sono fattori geografici: altitudine (poiché con l'altezza diminuiscono la temperatura, la pressione e l'umidità, mentre aumentano l'irraggiamento solare e, fino a una certa quota, la piovosità); presenza di catene montuose (che bloccano i venti); vicinanza al mare (che mitiga il clima); correnti marine (che agiscono sul clima delle regioni costiere); vegetazione; attività umana (che agisce sul clima in quanto capace di modificare l'ambiente naturale e gli equilibri degli ecosistemi). raggi solari Fattori climatici

8 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 1 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA 8 Lirraggiamento solare che raggiunge la terra è influenzato in maniera significativa dalla geometria del sistema terra-sole. La terra descrive attorno al sole una traiettoria leggermente ellittica dove il sole occupa uno dei fuochi. La sua distanza media dal sole è di 149.6 milioni di km, con una variazione di ± 1.7%. Dalla terra il diametro apparente del sole è visto su un angolo di 0.5°. Rappresentazione schematica dei dati geometrici del sistema terra-sole Il sistema terra - sole

9 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 1 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA 9 Piano delleclittico: lorbita terrestre e le stagioni Traiettoria del sole

10 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 1 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA 10 21.06 21.01 Moto apparente diurno del Sole allinizio delle quattro stagioni. La figura rappresenta anche le cupola del Planetario, in essa sono riportate le graduazioni dellazimut e dellaltezza ed i cerchi che individuano nel Planetario lo zenit ed il polo celeste nord. Traiettoria apparente del sole

11 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 1 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA 11 Declinazione (δ): é l'angolo che la direzione dei raggi solari forma a mezzogiorno, sul meridiano considerato, col piano equatoriale. Si misura in gradi a nord dell'equatore celeste, perciò, i punti a nord dell'equatore hanno declinazione positiva, mentre quelli al di sotto hanno declinazione negativa. Latitudine: essa rappresenta la misura angolare dell'arco di meridiano compreso tra il piano dell'equatore e il parallelo passante per il punto considerato. Essa risulta positiva nell'emisero settentrionale mentre risulta negativa in quello meridionale. Ovvero si misura da 0° a +90° verso N e da 0 a -90° verso S, fino ai poli. Angolo orario (h): é la distanza angolare tra il sole e la sua posizione a mezzogiorno lungo la sua traiettoria apparente sulla volta celeste; é anche pari all'angolo di cui deve ruotare la terra affinché il sole si porti sopra il meridiano locale. Risulta nullo a mezzogiorno, positivo nelle ore antimeridiane e negativo nelle ore pomeridiane. declinazione latitudine Calcolo della posizione apparente del sole

12 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 1 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA 12 Azimut (Y): é l'angolo formato tra la proiezione sul piano orizzontale dei raggi solari e la direzione sud; geograficamente é positivo se la proiezione cade verso est prima del mezzogiorno solare) ed é negativo se la proiezione cade verso ovest (dopo mezzogiorno). Per quanto riguarda i calcoli legati allenergia solare vale il contrario, lazimut è negativo se cade verso est (est = -90°) Altezza o altitudine solare (α): è l'angolo formato tra la direzione dei raggi solari ed il piano orizzontale. Azimut (Y) H solare (α) Determinazione della posizione del sole nellemisfero celeste

13 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 1 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA 13 Nella progettazione edilizia è importante considerare la posizione relativa del sole nel corso dellintero anno e il progettista deve essere capace di prevedere gli effetti di soluzioni alternative prima di prendere una decisione. 1200kWh/anno – Contone (TI) Posizione relativa del sole nel corso dellintero anno

14 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 1 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA 14 Flusso di radiazione ricevuto dalla Terra: 1367 W/mq ± 3.3 % Potenza del sole

15 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 1 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA 15 Radiazione solare istantanea (quindi una potenza) incidente sullunità di superficie, si misura in W/mq o kW/mq. Lirraggiamento rilevabile allEquatore, a mezzogiorno e in condizioni atmosferiche ottimali, è pari a circa 1000 W/mq. Irraggiamento [W/m 2 ]

16 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 1 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA 16 Irraggiamento extraterrestre (costante solare 1367 W/mq) Irraggiamento globale (con cielo chiaro 1000 W/mq) quantità media di energia solare che incide ortogonalmente, nellunità di tempo, su una superficie unitaria posta al di fuori dellatmosfera Irraggiamento diretto e diffuso

17 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 1 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA 17 - misura di riflessione del suolo, dipendente dalla sua struttura, dipende dai dintorni del luogo, bisogna considerarla quando si valuta irraggiamento su un piano inclinato. Energia incidente: piani inclinati Coefficienti dalbedo e energia incidente

18 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 1 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA 18 Mese Somma mensile Ticino come Sonnestube Somma delle ore di sole durante un mese Soleggiamento mensile (in ore)

19 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 1 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA 19 Forte dipendenza: localizzazione (fondovalle / pendio / cima di una montagna) periodo dellanno (durata del giorno diversa fra estate e inverno) Soleggiamento medio e annuo mensile (in ore)

20 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 1 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA 20 Il termine insolazione esprime una energia per unità di superficie (media dellirraggiamento rilevato i un determinato periodo). In pratica la potenzialità energetica di una certa località viene espressa per mezzo dell'insolazione media annua, che fornisce la quantità di energia solare che nell'arco di un anno incide su una superficie di 1 m 2. Questa grandezza viene di solito misurata in "ore annue di insolazione equivalente": queste rappresentano il numero di ore di insolazione nell'arco dell'anno riportate alla condizione di irraggiamento nominale (1000 W/m 2 ). Questa unità di misura è particolarmente comoda perché, nota la potenza nominale dell'impianto, essa consente di calcolare immediatamente l'energia che esso è in grado di produrre. Insolazione [kWh/m 2 ]

21 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 1 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA 21 Insolazione globale [kWh/m 2 ]

22 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 1 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA 22 http://sunbird.jrc.it/pvgis/countries/europe.htm Insolazione globale annua – Svizzera e Ticino [kWh/m 2 ]

23 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 1 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA 23 Periodo 1981 - 2000 Alpi ancora innevate, poca nuvolosità convettiva Molti cumuli sui rilievi, poca differenza fra Alpi e pianure. Frequenti nebbie e foschie in pianura nei mesi invernali, sole basso sullorizzonte. Radiazione solare globale media

24 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 1 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA 24 Radiazione solare globale rilevata a Locarno-Monti su superficie orizzontale nel periodo 1981-2001 Radiazione solare globale giornaliera media e massima

25 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 1 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA 25 I L CLIMA IN T ICINO È determinato dalla presenza a nord della catena alpina e a sud della Pianura Padana. Presenta una forte variabilità in alcune grandezze meteorologiche. È influenzato dalla morfologia (zone di pianura / vallate / laghi / montagne). I L CLIMA INSUBRICO ( REGIONE DEI GRANDI LAGHI PREALPINI ) Inverni normalmente secchi e soleggiati, con periodi di favonio da nord, ma anche con nevicate a volte abbondanti. Precipitazioni soprattutto nelle stagioni di transizione (primavera e autunno). Estati soleggiate interrotte da acquazzoni anche violenti. Un clima che permette la crescita nei luoghi più riparati di molte specie di piante subtropicali o persino tropicali. ASPETTI GEO-MORFOLOGICI DEL TICINO Sopraceneri: -profonde vallate ( soleggiamento) - forte dislivello su brevi distanze - 55 % sopra i 1500 m di quota Sottoceneri: - morfologia più dolce - aumentano le zone collinari / di pianura - 15 % sopra i 1500 m di quota Clima in Ticino e nella regione insubrica

26 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Sistemi solari passivi a scala di edificio: modulo 1 _ lezione 1 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA 26 Meteosvizzera: www.meteosvizzera.chwww.meteosvizzera.ch Meteonorm: www.meteonorm.com/pages/en/meteonorm.phpwww.meteonorm.com/pages/en/meteonorm.php Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS): http://sunbird.jrc.it/pvgis/http://sunbird.jrc.it/pvgis/ E.01 Basi di meteorologia – Nozioni di base sullirraggiamento solare: http://www.isaac.supsi.ch/ISAAC/Energia%20nella%20costruzione/Formazione/Formazione%20continua/Corso%20DACD%20E0 1%20-%20Basi%20di%20meteorologia/materiale%20corso/07_nozioni%20di%20base%20sull'irraggiamento%20solare_testo.pdf WWF Svizzera: http://www.wwf.ch/it/ilwwf/inostritemi/clima2/index.cfmhttp://www.wwf.ch/it/ilwwf/inostritemi/clima2/index.cfm Approfondimenti